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Dr. Hans Schenk, Dr. Maria Sprung, Dipl.Ing.Dr.Walter Sprung
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alle in Graz (Österreichl Kreiselvorrichtung Die Erfindung betrifft
eine Krniselvorrichtung mit wenigstens einem Kreiselsystem, das eine in zwei vorzugsweise
kardanisch gelagerten Kreiselrahmen drehbar angeordnete Kreiselschwungmasse aufweist,
wobei der äußere Rahmen in einem Trägergerät drehbar gelagert ist und wobei sowohl
die Kreiselichwungmasse als auch einer der beiden Hreiselrahmen dauernd motorisch
gedreht werden.
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Alle bisher in der Technik verwendeten Kreisel sind ausschließlich
Stabilisierungskreisel. Sie können also nur sowohl sich selbst als auch bei entsprechender
Dimensionierung das Trägergerät, auf dem sie montiert sind, gegenüber äußeren Störungsmomenten
in ihrer ursprünglichen Lage erhalten, ohne daß sie sich nach außen dabei abstützen
müßten. Diese Erscheinung beruht bekanntlich darauf, daß jeder Kreisel als Reaktion
auf ein die Drehungsebene seiner Schwungmasse verschwenkendes, die bisherigen Gegebenheiten
also störendes Moment, das sogenannte "Moment der greiselwirkung" erzeugt, dessen
Wirkungsebene sowohl zur Drehungsebene der Kreiselschwungmasse als auch zur
Wirkungsebene
des verschwenkenden momente senkrecht steht.
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Daraus ist ersichtlich, daß die Wirkungsebene des Kreiselmoment es
keineswegs etwa in jener Ebene zustande kommt, in der das das Kreiselmoment hervorruf
ende Verschwenkungsmoment wirkt, sondern daß die Wirkungsebene des Kreiselmomentes
senkrecht dazu steht - ein Umstand, der aus der Kreiseltheorie hervorgeht und der
von der Praxis bestätigt wird. Das Kreiselmoment weist also die besondere Eigenschaft
auf, in seiner Wirkungsebene ein rückdrehung;sfreies Drehmoment zu liefern, wovon
alle bekannten Stabilisierungen durch Kreisel mit Erfolg Gebrauch machen. Allerdings
erschöpft sich die bisherige technische Verwendung von Kreiseln in Stabilisierungsaufgaben,
weil kein bekannter Kreisel in der Lage ist, etwa ein technisch frei verwendbares
Kreiselmoment zu erzeugen. Das ist auf die Bauart und die Betriebsbedingungen bekannter
Kreisel zuriickzuführen.
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Weil aber mit Hilfe rüekrehungsfrei arbeitender Drehmomente die Lösung
von technischen Aufgaben möglich erscheint, die bisher überhaupt nicht oder nur
mit einem weit größeren technischen Aufwand bewältigt werden können, besteht ein
erhebliches Interesse daran, eine Kreiselvorrichtung zu schaffen, bei der das Kreiselmoment
beliebig frei verfügbar anfällt und somit technisch genau so verwendet werden kann,
wie irgendein anders erzeugtes Drehmoment, jedoch diesem gegenüber den Vorteil der
Rückdrehungsfreiheit besitzt. Es wurden bereits Vorschläge gemacht, ein solches
rückdrehungsfreies Kreiselmoment technisch zu nützen, diesen Vorschlägen hafteten
jedoch wesentliche Nachteile an, die ihre Verwendung in der Praxis in Frage stellen,
obwohl hiefür ein umfangreiches Anwendungsge biet in Frage kommt.
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Ist beispielsweise ein solcher Kreisel im Rumpf eines einrotorigen
Hubschraubers so eingebaut, daß sein resultierendes Kreiselmoment gleich groß ist
wie das Drehmoment des Rotors, jedoch dem Rückdrehmoment desselben gegen den Rumpf
entgegenwirkt, dann liefert dieser Kreisel bereits den erforderlichen Momentausgleich,
wodurch der bisher verwendete H eckrot orträger samt der st örungsanfälligen und
leistungsaufwendigen
Heckschraube entfallen kann. Wenn ferner ein
solcher Kreisel in einem Kraftwagen so montiert ist, daß sein resultierendes Kreiselmoment
in einer lotrechten Ebene quer zur Fahrtrichtung wirkt, dann kann das entsprechend
erzeugte Kreiselmoment es verhindern, daß die Außenseite des Wagens in einer Kurve
heruntergedrückt wird oder daß das Fahrzeug sogar in Kippgefahr gerät. Analog kann
ein solcher Kreisel in einem Kraftwagen so eingebaut sein, daß sein resultierendes
Kreiselmoment in einer in der Fahrtrichtung liegenden lotrechten Ebene auf das Fahrzeug
so wirkt, daß je nach Bedarf die Hinter- oder die Vorderachse durch einen größeren
oder kleineren Anteil am Gesamtgewicht des Fahrzeuges belastet wird. Auf ähnliche
Weise können auch Fahrzeuge aller Art zusätzlich oder zur Gänze dadurch gesteuert
werden, daß Kreiselvorrichtungen so in dem Fahrzeug eingebaut sind, daß ihr resultierendes
Kreiselmoment in jener Ebene und Richtung auf das Fahrzeug wirksam gemacht wird,
in der die gewünschte Steuerungsmaßnahme stattfinden soll. Ein weiteres Anwendungsgebiet
für solche Kreiselvorrichtungen besteht auch darin, sie auf beliebigen technischen
Objekten zu dem Zweck zu montieren, um diese oder wenigstens Teile von ihnen von
der Wirkung der Schwerkraft zu entlasten. Als ein Beispiel dafür werden Kränze genannt,
auf denen anstelle bekannter Gegengewichte eine Kreiseivorrichtung so montiert ist,
daß ihr resultierendes Kreiselmoment in die lotrechte Ebene fällt und dem Schwerkraftmoment
entgegengerichtet ist. Der Vorteil einer solchen Kreiselvorrichtung liegt unter
anderem darin, daß die Größe des Kreiselmomentes auf eine einfache Art steuerbar
ist, wodurch jeder Veränderung des Schwerkraftmomentes auf der Lastseite durch eine
korrespondierende Veränderung des Kreiselmomentes jederzeit genau Rechnung getragen
werden kann.
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Mit Hilfe solcher Kreiselvorrichtungen können ferner in Bedarf fällen
auch Stabilisierungen durchgeführt werden, allerdings nur auf einem indirekten Weg
wie es schon früher durch Anwendung herkömmlicher Stabilisierungskreisel bewerkstelligt
wurde.
Die angeführten Beispiele haben lediglich illustrativen Charakter, wobei es unbestreitbar
ist, daß rückdrehungsfreie Drehmomente in der Technik in einem weit größeren Umfang
als dargetan Anwendung finden können.
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Bei den bisher bekannten Stabilisierungskreiseln wird dras Kreiselmoment
dadurch erzeugt, daß die Drehungsebene einer in einer schnellen Umdrehung befindlichen
Kreiselschwungmasse durch ein äußeres Störungsmoment verschwenkt wird. Sowohl die
Größe des hervorgerufenen Kreiselmomentes als auch seine Entstehung überhaupt, hängen
somit von dem mehr oder weniger zufälligen Auftreten irgendeines äußeren Störungsmomentes
ab. Soll jedoch ein rückdrehungsfreies Kreiselmoment in einer gewünschten Größe
und Richtung hergestellt werden, so muß die motorisch schnell gedrehte Kreiselschwungmasse
nicht durch ein äußeres Störungsmoment, sondern durch einen motorischen Antrieb
verschwenkt war wobei die Schwungmasse vorzugsweise in einem kardanisch ausgebildeten
Kreiselrahmen gelagert ist, dessen Welle also senkrecht zur Schwungmassenwelle steht.
Sobald die Welle des Ereiselrahmens motorisch gedreht wird, wird dadurch die Kreiselschwungmasse
quer verschwenkt, wodurch wiederum das Kreiselmoment entsteht. Es ist offensichtlich,
welche technischen Vorzüge diese Erzeugungsart besitzt. Sie ist unabhängig von äußeren
Störungsmomenten und erfolgt auf einem rein motorischen Weg.
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Dadurch kann das Kreiselmoment jederzeit aktiviert werden und ist
sowohl hinsichtlich seiner Wirkungsebene als auch seiner Wirkungsrichtung bedarfsgemäß
steuerbar. Darüber hinaus gestattet der ausschließlich motorische Antrieb die Erzeugung
von Kreiselmomenten in einer solchen Größe, wie sie vergleichbare bekannte Stabilisierungskreisel
auch nicht annähernd zuwege bringen. Eine umfangreichere Verwendung von Kreiseln
etwa auf dem Gebiet der Verkehrstechnik wird erst durch diesen letztgenannten Umstand
möglich. - Den bisher geschilderten Vorzügen ausschließlich motorisch betriebener
Kreisel steht aber ein gerade aus diesem motorischen Antrieb
resultierender,
prinzipieller Nachteil gegenüber. Trotzdem bedeutet die rein motorische Erzeugung
von Kreiselmomenten einen derartigen Fortschritt, daß es unerläßlich erscheint,
am motorischen Antrieb festzuhalten und alles notwendige zu unternehmen, um diesen
Nachteil möglichst weitgehend auszuschalten.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kreiselvorrichtung
der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß die Herstellung eines rückdrehungsfreien
Kreiselmomentes bestimmter Größe und Richtung in geplanter Weise sowie auch die
Steuerung dieses Kreiselmomentes auf einfache und effektive Art durchgeführt werden
können. Die Lösung dieser Aufgabe geht aus den Patentansprüchen hervor.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
schematisch veranschaulicht. In Verbindung mit der Zeichnung wird in der folgenden
Beschreibung, von der Wirkungsweise bekannter Stabilisierungskreisel ausgehend,
dargelegt, welche Nachteile die bekannten Ausführungsformen aufweisen und wie die
erfindungsgemäße Ausbildung einer motorisch betriebenen Kreiselvorrichtung diese
Nachteile vermeidet. Fig. 1 zeigt die Wirkungsweise eines bekannten Stabilisierungskreisels.
In den Fig. 2 und 3 wird das allgemeine Arbeitsprinzip einer erfindungsgemäßen Kreiselvorrichtung
mit allseitigem Motorantrieb dargestellt, wobei Fig. 3 die in Fig. 2 dargestellten
Verhältnisse nach einer halben Umdrehung des Kreiselrahmens zeigt. Die Fig. 4 bis
11 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kreiselvorrichtung.
In den Fig. 4 bis 8 ist hiebei der äußere Kreiselrahmen aufgeschnitten dargestellt.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Kreiselvorrichtung bei der der innere Kreiselrahmen
motorisch gedreht wird, und Fig. 5 dieselbe Ereiselvorrichtung nach einer halben
Umdrehung des Kreiselrahmens. In Fig. 6 ist eine sonst gleiche Kreiselvorrichtung
dargestellt, bei der jedoch die Drehrichtungen von Kreiselschwungmasse und Kreiselrahmen
im Vergleich zur Kreiselvorrichtung nach Fig. 5 entgegengesetzt sind. Die Fig. 7
und 8 zeigen eine erfindungsgemäße KreiSelvDrrichtung, bei der nicht der innere)sondern
der
äußere Kreiselrahmen motorisch gedreht wird. Die Fig. 9 und 10 zeigen dieselbe Kreiselvorrichtung
nach einer halben Umdrehung des äußeren Kreiselrahmens. In Fig. 11 ist eine erfindungsgemäße
Kreiselvorrichtung dargestellt, bei der ein gesonderter Stabilisierungskreisel zur
Erreichung eines angestrebten Effektes dient.
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Die Wirkungen dieser erfindungsgemäßen KreiselvDrrichtung, also die
jeweils erzeugten Kreiselmomente, sind in der Zeichnung mit auffallend starken Linien
dargestellt, wobei sie entweder als ein Kräftepaar ersichtlich gemacht sind, wenn
das Kreiselmoment in der Bildebene wirkt, oder in ihrer Wirkungsebene und Wirkungsrichtung
durch Pfeilspitze und Pfeilende gekennzeichnet sind, wenn das Kreiselmoment senkrecht
zur Bildebene wirkt. Die dünn gezeichneten Pfeile zeigen die Drehrichtungen der
Eveiseíbestaniteile an.
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Fig. 1 veranschaulicht also vergleichsweise die Wirkung eines herkömmlichen
Stabilisierungskreisels. Die Kreiselschwungmasse ist mit 1, der Kreiselrahmen, in
dem die Schwungmasse drehbar gelagert ist, mit 2, die Welle der Schwungmasse mit
3, die Welle des Kreiseirahmens mit 4 und das Trägergerät bzw. das Lager des Kreiselrahmens
in demselben mit 5 bezeichnet. Es wird angenommen daß ein äußeres Störungsmoment
auf das Trägergerät wirkt, so daß das Trägergerät samt der Kreiselvorrichtung durch
das Störungsmoment einen Antrieb in der Bildebene entgegen dem Drehsinn des Uhrzeigers
aus der gezeichneten Stellung heraus im Sinne des oberhalb dieser Figur eingezeichneten
Pfeiles erhält. Gemäß der Kreiseltheorie entsteht dadurch in der Horizontalen da-s
durch Pfeilspitze und Pfeilende angedeutete senkrecht zur Papierebene wirkende Kreiselmoment,
welches die ganze Vorrichtung um die vertikale Welle des Kreiseirahmens zu drehen
sucht. Dadurch aber entsteht ein weiteres Kreiselmoment, welches durch das Kräftepaar
in der Bildebene angedeutet ist. Dieses Kreiselmoment wirkt nun dem ursprünglich
die ganze Kreiselvorrichtung verschwenkenden äußeren Störungsmoment entgegen und,
weil es nach der Kreiseltheorie gleich groß ist wie das Störungsmoment, auf die
ganze Vorrichtung stabilisierend ein. Dies sind die wesentlichen
Vorgänge
bei jeglicher Stabilisierung durch einen Kreisel.
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Wesentlich anders hingegen liegen die Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen
Kreiselvorrichtung, deren prinzipielle Wirkung in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist.
Die Bezeichnungen 1 bis 5 sind hier dieselben wie bei Fig. 1. Mit 6 ist ein Ritzel
bezeichnet, das auf der Welle 4 des Kreiselrahmens 2 fixiert ist und für die laufende
motorische Drehung sorgt.
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Diese motorische Drehung des Kreiselrahmens 2 hat eine dauernde Verschwenkung
der Drehungsebene der Kreiselschwungmasse 1 und damit eine laufende Erzeugung von
Kreiselmomenten zur Folge. Weil aber, wie eingangs erwähnt, die Wirkungsebene des
Kreiselmomentes stets senkrecht zur Drehungsebene der Kreiselschwungmasse steht
und diese letztere Ebene hier laufend motorisch verschwenlrt wird, bleibt auch die
Wirkungsebene des Kreiselmomentes dabei keineswegs gleich, sondern wird laufend
um die vertikale Welle des Kreiselrahmens mitgedreht. Wenn also das Kreiselmoment
in Fig. 1 der Theorie entsprechend in der Bildebene wirkt und im Uhrzeigersinn dreht,
dann wirkt das Kreiselmoment nach einer halben Umdrehung des Kreiselrahmens zwar
ebenfalls wieder in der Bildebene, aber es hat sich, wie in Fig. 3 dargestellt ist,
in seiner Wirkungsrichtung umgekehrt. Verallgemeinert ergibt sich aus dieser Darstellung,
daß eine laufende motorische Drehung des Kreiselrahmens zur Erzeugung eines Kreiselmomentes
dazu führt, daß sich innerhalb jeder vollen Umdrehung des Kreiselrahmens - und damit
auch weiterhin dauernd - alle dabei laufend erzeugten Kreiselmomente gegenseitig
vollkommen aufheben, so daß auf das Trägergerät überhaupt kein Kreiselmoment zur
Wirkung kommt. Um das Kreiselmoment auf das Trägergerät wirksam werden zu lassen,
müssen daher zusätzliche technische Maßnahmen ergriffen werden. S0 kann beispielsweise
die Kreiselvorrichtung so ausgebildet werden, daß die während der ersten Drehungshälfte
des Kreiselrahmens laufend erzeugten Kreiselmomente größer sind als jene, die während
der zweiten Drehungshälfte drzeugt werden und in der entgegengesetzten Richtung
wirken, so daß in Summe während jeder vollen Umdredrehung
des
Kreiselrahmens ein von Null verschiedenes resultierendes Kreiselmoment entsteht,
das mit seinem Mittelwert ständig in derselben Wirkungsebene und Wirkungsrichtung
wirksam ist, also als ein rückdrehungsfreies Drehmoment technisch verwendbar ist.
Dieser Effekt kann dadurch verwirklicht werden, daß entweder die Winkelgeschwindigkeit
der Kreiselschwungmasse oder des Kreiselrahmens, oder das rägheitsmoment der Kreiselschwungmasse
in der vorhin angegebenen Art ständig von Drehungshälfte zu Drehungshälfte des Kreiselrahmens
verändert werden. Eine andere technische Maßnahme zur Erreichung des angestrebten
Zweckes besteht darin, der Kreiselschwungmasse etwa die Form einer flachen Platte
oder Hantel zu geben, wobei die Winkelgescflwindigkeiten von Schwungmasse und Kreiselrahmen
stets in einem festen Verhältnis zueinander, beispielsweise von 1:2, 1:3 usw. stehen
müssen. Diese Maßnahmen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie eine beträchtliche
Reduzierung der Größe des resultierenden Kreiselmoment es zur Folge haben, das mit
einer dimensionell und gewichtsmäßig vorgegebenen Kreiselvorrichtung theoretisch
maximal erreichbar wäre. Durch die raschen Veränderungen der Winkelgeschwindigkeit
oder des Grägheitsmomentes werden mämlich sehr erhebliche Trägheitskräfte ausgelöst,
die eine Steigerung des sonst erzielbaren Kreiselmomentes begrenzen.
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Außerdem ubt das vorgesehene Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten
von Schwungmasse und Kreiselrahmen von 1:2 usw. ebenfalls einen negativen EinfluB
auf die Größe des erreichbaren Kreiselmomentes aus.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Kreiselvorrichtung,
mit welcher die soeben geschilderten Nachteile vermieden werden, mit welcher aber
dennoch ein von Null verschiedenes resultierendes Kreiselmoment erzeugt werden kann,
dessen Mittelwert ständig in derselben Ebene und in derselben Richtung wirksam,
also technisch verwertbar ist. Die Fig. 4 bis 11 beziehen sich auf diese erfindungsgemäße
Kreiselvorrichtung. Zur Vermeidung störender Trägheits kräfte werden hiebei nur
konstante Winkelgeschwindigkeiten sowohl der Kreiselschwungmasse als auch des motorisch
gedrehten
Kreiseirahmens verwendet. Diese Winkelgeschwindigkeiten
können beliebige Beträge besitzen, doch ist es zur Erzielung genau definierter großer
Kreiselmomente von Vorteil, die Winkelgeschwindigkeit der motorisch gedrehten Ereiselschwungmasse
um ein Vielfaches größer als jene des motorisch gedrehten Kreiselrahmens zu machen.
Als ein weiteres Merkmal des Erfindungsgegenstandes neben den bereits genannten
beliebig großen konstanten Winkelgeschwindigkeiten von Schwungmasse und Kreiselrahmen
dient die Verwendung nicht eines einzigen, sondern zweier, vorzugsweise kardanisch
ausgebildeter Kreiseirahmen, von denen der innere die Ereiselschwungmasse aufnimmt,
wogegen der äußere drehbar im Trägergerät gelagert ist. Ein weiteres erfindungsgemäßes
Merkmal besteht darin, daß neben der Kreiselschwungmasse selbst stets nur einer
der beiden Kreiselrahmen ständig mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht wird.
Diese bisher angegebenen Merkmale schaffen jedoch lediglich die notwendigen Vorbedingungen
sur Erreichung des angestrebten Zweckes, nämlich eines technisch allgemein verwendbaren
Kreiselmomentes. Mit Hilfe der bisher angegebenen Merkmale könnte lediglich ein
Kreiselmoment erzeugt werden, das resultierend den Betrag Null liefert. Damit das
aber verhindert wird, müssen erfindungsgemäß weitere technische Maßnahmen Anwendung
finden, die in einseitig wirkenden Sperrvorrichtungen gegen bestimmte Drehbewegungen
von Kreiselbestandteilen bestehen und an entsprechenden konstruktiven Stellen der
Kreiselvorrichtung angeordnet sind. Diese Sperrvorrichtungen können etwa als Sperräder
mit Klinken, oder als Freilaufsperren, oder als selbstsperrende Schneckentriebe,
oder als sonstige Sperrvorrichtungen ausgebildet sein. Besondere Effekte können
jedoch in der Regel nur mit einer bestimmten Sperrvorrichtung erzielt werden. Es
werden also die in der zweiten Drehungshälfte des motorisch gedrehten Kreiselrahmens
laufend entstehenden und im Vergleich zur ersten Drehungshälfte negativ wirkenden
Kreiselmomente entweder mit ihrer Wirkungsebene um 90° umgelegt, wodurch sie ihre
negative Wirkung relativ zur ersten Drehungshälfte verlieren, oder
es
werden diese negativ wirkenden Kreiselmomente dadurch auf.
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das Trägergerät unwirksam gemacht werden, daß sie durch zusätzlich
erzeugte entgegengerichtete Kreiselmomente stabilisiert werden. Schließlich kann
auch die Wirkungsebene der negativ wirkenden Kreiselmomente um 1800 umgelegt und
dadurch im Sinne und zur Unterstützung der positiv wirkenden Kreiselmomente nutzbar
gemacht werden. Weitere Ausführungsarten des Erfindungsgegenstandes beinhalten bestimmte
konstruktive Vereinfachungen, liefern jedoch zumeist unter Verzicht auf anderweitige
Vorteile von vornherein möglichst gleichgerichtete Kreiselmomente. Alle diese Maßnahmen
verwenden zur Erreichung ihres Zieles Methoden, die auf der theorie der Kreiseiwirkung
fußen.
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An Hand der Darstellungen in'den Fig. 4 bis 11 werden nunmehr die
erfindungsgemäß jeweils angewendeten technischen Maßnahmen und ihre Wirkungsweise
näher beschrieben. Fig. 4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ereiselvorrichtung
in ihrer angenommenen Ausgangsstellung, bei der die negativen Kreiselmomente durch
eine Umbiegung ihrer Wirkungsebenen um 900 unschädlich gemacht werden sollen. Die
motorisch konstant gedrehte Kreiselschwungmasse ist mit 1, der innere motorisch
konstant gedrehte Kreiselrahmen mit 2, die Welle der Ereiselschwungmasse mit 3 und
. die vertikale Welle des Kreiselrahmens 2 mit 4 bezeichnet. Auf der Welle 4 des
inneren Kreiseirahmens 2 ist ein Schneckenrad 7 eines selbstsperrenden Schneckentriebes
fixiert, dessen motorisch gedrehte Schnecke mit 8 bezeichnet ist. Der äuhere Kreiselrahmen
ist mittels einer Welle 10 im Trägergerät 5 drehbar gelagert. Zwischen der Welle
10 des äußeren Kreiselrahmens und dem Trägergerät 5, eine bzw. dem Lager des Außenrahmens
im Trägergerät, ist/einseitig wirkende Sperrvorrichtung angeordnet, die eine Sperrklinke
11 und ein auf der Welle 10 des Außenrahmens fixiertes Sperrad 12 aufweist. Die
vorgesehenen Drehrichtungen der Kreiselschwungmasse 1 und des Schneckenrades 7 sind
durch Pfeile gekennzeichnet. Auf diese Weise entsteht in dieser Ausgangsstellung
ein in der Bildebene im Drehsinn des Uhrzeigers
wirkendes Kreiselmoment,
das durch das stark gezeichnete Kräftepaar am oberen und unteren Ende der Kreiselschwungmasse
veranschaulicht ist. Die Kreiselschwungmasse 1 überträgt das an ihr auftretende
Kreiselmoment über ihre Welle 3 auf den inneren Kreiselrahmen 2, der es seinerseits
über seine Welle 4 auf den äußeren Kreiselrahmen 9 weitergibt, auf dessen Welle
10 das Sperrad 12 sitzt. Dieses überträgt das Kreiselmoment über die Sperrklinke
11 auf das Trägergerät 5. Die in Fig. 4 dargess.tellten Verhältnisse liefern das
Maximum an positiv wirkendem Kreiseimoment, das auf das Trägergerät übertragen wird.
Hiebei werden in sämtlichen Stellungen des inneren Kreiselrahmens die zwischen 90°
vorher und 90° nachher - bezogen auf die Augenblickssituation der Fig. 4 - liegen,
ebenfalls positiv wirkende Kreiselmomente erzeugt, die jedoch komponentenmäßig nur
kleinere in der Bildebene wirkende Kreiselmomente effektiv an das Trägergerät liefern.
Fig. 5 zeigt dieselbe Kreiselvorrichtung wie Fig. 4, jedoch mit dem Unterschied,
daß der innere Kreiselrahmen inzwischen um 1800 motorisch gedreht worden ist. Die
Bezugszeichen sind dieselben wie in Fig. 4. Weil sich aber die Drehrichtung der
Kreiselschwungmasse 1 relativ umgekehrt hat, entsteht hier auch ein Kreiselmoment,
das in der Bildebene entgegen dem Drehsinn des Uhrzeigers wirkt und das durch das
stark gezeichnete Kräftepaar am oberen und unteren Ende der Kreiselschwungmasse
zum Ausdruck gebracht ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, läuft hier die Sperrvorrichtung
10, 11, leer, damit nicht dieses negativ wirkende Kreiselmoment auf das Trägergerät
übertragen wird, was ja verhindert werden soll. Das negative Kreiselmoment ist also
bestrebt, die ganze Kreiselvorrichtung um die Welle des äußeren Ilreiselrahmens
in seinem Sinn zu drehen. Diese Drehung findet an sich solange statt, als das negative
Kreiselmoment vorhanden ist, und das ist während der ganzen zweiten Drehungshälfte
des inneren Kreiselrahmens der Fall. Anschließend daran entsteht wieder das positive
Kreiselmoment, das keine Drehbewegung hervorruft, weil es
durch
die Sperrklinke 11 und das Sperrad 12 unmittelbar auf das Trägergerät übertragen
wird. Es ist zwar möglich, die ganze Kreiselvorrichtung während der zweiten Hälfte
der Drehung des inneren Kreiselrahmens im Sinne des dabei erzeugten negativen greiselmomentes
herumschwenken zu lassen, doch ist das Kreiselmoment im Verhältnis zum Trägheitsmoment
der ganzen Kreiselvorrichtung meist so groß, daß dabei sehr erhebliche Winkelbeschleunigungen
auftreten. Außerdem findet der Wechsel vom Ruhezustand der gesamten Kreiselvorrichtung
- abgesehen von den Eigendrehungen der Kreiselbestandteile - während der ersten
Drehungshälfte des inneren Kreiselrahmens zur Gesamtdrehung der Kreiselvorrichtung
während der zweiten Drehungshälfte innerhalb einer kurzen Zeitspanne statt, was
unerwünschte Trägheitskräfte zur Folge hat.
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Es ist daher günstiger, dieses in der Bildebene liegende negative
Kreiselmoment in die zur Bildebene senkrechte horizontale Ebene umzulenken, wie
das in Fig. 5 dargestellt ist. Man bedient sich dabei des Umstandes, daß jede auch
schon beginnende Drehbewegung der ganzen Kreiselvorrichtung durch das Kräftepaar
des negativen Kreiselmomentes auch eine Verschwenkung der Drehungsebene der Kreiselschwungmasse
1 beinhaltet, wodurch zusätzlich ein neues Kreiselmoment entsteht, das in der Zeichnung
in der horizontalen Ebene Im Sinne der stark gezeichneten PSeilspitze und Pfeilende
wirkt. Dieses Kreiselmoment trachtet nun, den inneren Ereiselrahmen 2 um dessen
in der Zeichnung vertikal dargestellte Welle 4 zu drehen. Diese Tendenz wirkt aber
stets im entgegengesetzten Drehsinn auf die Welle 4 des inneren Kreiselrahmens im
Vergleich zur motorischen Drehung desselben. Um dieser Kollision auszuweichen, ist
zwischen dem motorischen Antrieb des inneren Kreiselrahmens und der Welle des inneren
Kreiselrahmens eine entsprechende Sperrvorrichtung angeordnet, die vorzugsweise
als ein selbstsperrender Schneckentrieb ausgebildet ist, wobei das Schneckenrad
7 auf der Welle 4 des motorisch betriebenen inneren Kreiseirahmens 2 sitzt. Dadurch
wird
ermöglicht, daß der motorische Antrieb über Schnecke und Schneckenrad auf die Welle
4 des inneren Kreiselrahmens ungehindert stattfinden kann, obwohl gleichzeitig auf
dieselbe Welle 4 des inneren Kreiselrahmens von der Kreiselschwunginasse 1 her das
vorgenannte zusätzliche Kreiselmoment im entgegengesetzten Drehsinn wirkt. Auf Grund
der selbstsperrenden Wirkung des Schneckentriebes ist eben dieses Kreiselmoment
nicht imstande, dem Schneckenrad eine Drehbewegung in seinem Sinne zu erteilen,
sondern es vermag nur einen entsprechenden Druck auf die Zähne, und damit auch auf
die Lagerungen, von Schneckenrad und Schnecke aus-2uübenX von wo diese Drücke als
ein horizontal senkrecht zur Bildebene wirkendes Drehmoment aul das Trägergerät
übertragen werden. Dadurch erfolgt die gewünschte Umlegung der ursprünglich in der
Bildebene drehenden negativen Kreiselmomente in eine zu ihrer ursprünglichen Wirkungsebene
senkrechte Ebene. Insgesamt entsteht also gemeinsam aus der ersten und aus der zweiten
Drehungshälfte des inneren Kreiselrahmens, und der damit verbundenen Verschwenkung
der Kreiselschwungmasse, ein resultierendes Kreiselmoment, das weder in der Bildebene
noch in der dazu senkrechten Ebene sondern in einer Ebene wirksam ist, die schräg
zu diesen beiden Ebenen steht. Der selbstsperrende Schneckentrieb muB hiebei keineswegs
unmittelbar bei der Kreiselvorrichtung angeordnet sein, sondern kann in analoger
Weise auch an einer von der Kreiselvorrichtung entfernten Stelle in der mechanischen
Zuleitung des motorischen Drehmomentes für den inneren Kreiselrahmen eingebaut sein.
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Um die Entstehung schräger Kreiselmomente bzw. die Anordnung einer
schräg in das Trägergerät eingebauten Kreiselvorrichtung zu vermeiden, kann das
negativ wirkende Kreiselmoment auf jene Art ausgeschaltet werden, die in Fig. 6
angedeutet ist. Hiebei wird nicht nur eine einzige sondern es werden zwei Kreiselvorrichtungen
beim selben Trägergerät verwendet. Diese zweite Kreiselvorrichtung ist in Fig. 6
dargestellt und es ist ersichtlich, daß bei ihr die Winkelgeschwindigkeiten
von
Schwuagmasse und Kreiselrahmen in dieser Bewegungsphase entgegengesetzte Drehrichtung
besitzen, als Bie bei der Kneiselvorrichtung nach Fig. 5 vorhanden sind, Die Fig.
5 und 6 zeigen diese beiden Kreiselvorrichtungen in jener Phase, in der beide negative
Kreiselmomente erzeugen. Wie sich aber ebenfalls aus diesen beiden Figuren ergibt,
sind die aus diesen negativen Kreiselmomenten stammenden zusätzlichen Kreiselmomente,
die horizontal in der zur Bildebene senkrechten Ebene wirken, entgegengesetzt zueinander
gerichtet und heben sich deshalb in Bezug auf ihre Auswirkung auf das Trägergerät
gegenseitig vollkomm-en auf. Wirksam bleiben weshalb hier nur die aus der ersten
Drehungshälfte des inneren Kreiselrahmens stammenden positiven Kreiselmomente, die
bei beiden Kreiselvorrichtungen additiv wirken und über Sperrad und Klinke unmittelbar
auf das Trägergerät übertragen werden.
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Die Fig. 7 und 8, sowie 9 und 10 beziehen sich auf eine erfindungsgemäße-
Kreiselvorrichtung, bei der neben der Kreiselschwungmasse nicht der innere, sondern
der äußere Kreiselrahmen motorisch konstant gedreht wird, wodurch laufend Kreiselmomente
erzeugt werden. Auch hier sind wieder die Kreiselschwungmasse mit 1, der innere
Kreiselrahmen mit 2, die Welle der Kreiselschwungmasse mit 3, die Welle des inneren
Kreiseirahmens mit 4 das Trägergerät bzw.
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die beiden Lager des äußeren Kreiseirahmens mit 5, der äußere Kreiseirahmen
mit 9 und dessen Welle mit 10 bezeichnet.
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Der motorische Antrieb für die Welle 10 des äußeren Kreiselrahmens
9 erfolgt auch hier durch eine entsprechende Sperrvorrichtung, vorzugsweise also
über einen selbstsperrenden Schneckentrieb, wobei die Schnecke 14 motorisch gedreht
wird und im ständigen Eingriff mit dem Schneckenrad 13 steht, das auf der Welle
10 des äußeren Kreiselrahmens 9 fixiert ist.
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In den Fig. 7 und 9 ist diese Kreiselvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung
bzw. nach 1800 konstanter motorischer Drehung des äußeren Kreiselrahmens, dargestellt.
Die eingezeichneten dünnen Pfeile veranschaulichen die Drehrichtungen
von
Kreiselschwungmasse 1 und äußerem Kreiselrahmen 9. In analoger Weise, wie es bei
den Fig. 4 bis 6 ausführlich beschrieben worden war, ergeben sich auch bei dieser
Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes die Wirkungsebenen und Wirkungsrichtungen
der jeweils erzeugten Kreiselmomente. In Fig. 7 sind diese Kreiselmomente wieder
durch stark gezeichnete Pfeilspitze und Pfeil ende als ein horizontal senkrecht
zur Bildebene wirkendes Kreiselmoment gekennzeichnet. Fig. 8 zeigt in einem vergrößerten
Maßstab, in der Sicht von oben, den Schnitt des äußeren Kreiseirahmens 9 der mit
seinen beiden Wellenzapfen 10 im Trägergerät 5 gelagert ist. Auf der Welle 4 des
inneren Kreiselrahmens ist das Sperrad 15 befestigt, in das die abgefederte Sperrklinke
16 eingreift. Dadurch wird das an der Ereiselschwungmasse entstandene, in der horizontalen
Ebene im Drehsinn des Uhrzeigers wirkende Kreiselmoment vom inneren Kreiselrahmen
2 über dessen Welle 4 auf die Sperrklinke 16 und von dieser auf den äußeren Kreiselrahmen
9 übertragen, von wo es über dessen Wellenzapfen 10 auf das Trägergerät 5 weitergegeben
wird. Nach 1800 konstanter motorischer Drehung des äußeren Kreiselrahmens sind die
in den Fig. 9 und 10 dargestellten Verhältnisse entstanden. Das hier in der horizontalen
Ebene entgegengesetzt, also negativ wirkende Kreiselmoment dreht jetzt die Welle
4 des inneren Kreiselrahmens in der umgekehrten Richtung, somit entgegen dem Drehsinn
des Uhrzeigers, so daß die Sperrvorrichtung 15, 16 leerläuft.
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Die Drehrichtungen des Sperrades 15 sind in den Fig. 8 und 10 durch
Pfeile gekennzeichnet. Das negative Kreiselmoment ist also mangels einer Gegenwirkung
durch die Sperrvorrichtung imstande, den inneren Kreiselrahmen 2 samt der Kreiselschwungmasse
1 in seinem Drehsinn um die vertikale Welle 4 des inneren Kreiselrahmens zu drehen,
woraus auch hier wieder ein zusätzliches Kreiselmoment entsteht, das in Fig.
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8 als ein stark gezeichnetes, in der Bildebene im Uhrzeigersinn drehendes
Kräftepaar aurscheint. Bei dieser Kreiselvorrichtung
mit der motorischen
Drehung des äußeren Kreiselrahmens werden also die senkrecht zur Bildebene in der
horizontalen Ebene während der ersten Drehungshälfte dieses Kreiselrahmens laufend
erzeugten Kreiselmomente als positiv nutzbar verwertet, wie sie in Fig. 7 zum Ausdruck
gebracht sind. Die in der zweiten Hälfte des motorisch gedrehten äußeren Kreiselrahmens
laufend erzeugten Kreiselmomente wirken in derselben horizontalen Ebene, sind jedoch
entgegengerichtet und werden deshalb durch die vorgenannte Umlegung in die Bildebene
in ihrer negativen Auswirkung auf das Trägergerät ausgeschaltet. Resultierend ergibt
sich dabei auch hier wieder während jeder vollen Umdrehung des äußeren Kreiselrahmens
ein in einer schräg gestellten Ebene wirkendes Kreiselmoment. Balls man das vermeiden
und nur die positiv wirkenden Kreiselmomente technisch auswerten will, dann besteht
auch hier wieder die Möglichkeit, eine zweite an sich gleiche Kreiselvorrichtung
beim selben Trägergerät anzuordnen, bei der die Drehrichtungen von Kreiselschwungmasse
und motorisch betriebenem äußeren Kreiselrahmen im Vergleich zu den Fig. 7 und 9
entgegengerichtet sind.
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In Fig. 11 ist in Draufsicht eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Kreiselvorrichtung dargestellt.
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Bei dieser wird durch die Heranziehung eines Stabilisierungskreisels
schon von vorneherein dafür Sorge getragen, daß die während der zweiten Drehungshälfte
des motorisch gedrehten Kreiselrahmens laufend erzeugten negativ wirkenden Kreiselmomente
unwirksam gemacht werden. Der untere Kreisel ist eine erfindungsgemäße Kreiselvorrichtung
gemäß den Fig. 4 bis 6, also mit konstant gedrehter Kreiselschwungmasse 1 und innerem
Kreiselrahmen 2, wobei jedoch im Gegensatz zur bisherigen Ausführungsart die Verwendung
einer Sperrvorrichtung zwischen der Welle des inneren Kreiselrahmens und ihrem motorischen
Antrieb entfällt. Der obere Kreisel besitzt die Eigenschaften und die Fähigkeiten
eines herkömmlichen Stabilisierungskreisels. Die Bezugszeichen bei der unteren Kreiselvorrichtung
sind
die gleichen wie bei jener gemäß Fig. 4.
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Sowohl der innere als auch der äußere Kreiselrahmen sind in Fig. 11
bei beiden Kreiseln in der Mittelebene aufgeschnitten dargestellt. Der obere Wellenzapfen
des äußeren Kreiselrahmens 9 ist mit 17 bezeichnet und stellt die konstruktive Verbindung
des unteren Kreisels mit dem äußeren Kreiselrahmen 18 des oberen Stabilisierungskreisels
her. Dessen Kreiseischwunginasse 19 ist motorisch konstant gedreht, wogegen weder
dessen Außenrahmen 18, noch dessen Innenrahmen 20 motorisch gedreht werden. Die
ganze Kreiselvorrichtung ist im Trägergerät 5, bzw. in Lagern desselben, eingebettet.
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In Fig. 11 ist der untere Kreisel in Draufsicht in jener Phase dargestellt,
die auch Fig. 5, allerdings in Vorderansich g nämlich in der Mittelstellung der
zweiten Drehungshälfte des motorisch gedrehten inneren Kreiseirahmens. Das Zahnrad
6 in Fig. 11, das den inneren Kreiseirahmen 2 dreht, kann hier ein einfaches Stirnrad
sein. Die Drehrichtungen des Ritzels 6 und der Kreiselschwungmasse 1 s sind durch
Richtungspfeile gekennzeichnet. Das aus diesen Drehbewegungen resultierende Kreiselmoment
ist durch die stark dargestellten Pfeilspitze und Po teilende versinnbildlicht.
Dleses Kreiselmoment hat die Tendenz, die untere Kreiselvorrichtung um die Welle
10 ihres äußeren Kreiselrahmens zu drehen, wobei über die gemeinsame Welle 17 auch
der äußere Kreiselrahmen 18 und damit die ganze obere Kreiselvorrichtung mitgenommen
wird. Diese obere Kreiselvorrichtung ist aber durch keinen motorischen Antrieb eines
seiner beiden Rahmen in seiner freien Funktion eingeschränkt und deshalb imstande,
gegen eine solche Drehung primär das stark strichpunktiert eingezeichnete, in der
Bildebene entgegen dem Drehsinn des Uhrzeigers wirkende Kreiselmoment zu erzeugen,
welches die übliche Präzessionsbewegung des inneren Kreiseirahmens 20 samt Kreiselschwungmasse
19 hervorruft, durch welches dann das sekundäre, bei dieser oberen Kreiselvorrichtung
mit starken Pfeilapitzen und Pfeilende gekennzeichnete Kreiselmoment
erzeugt
wird. Aus Figo 11 ist ersichtlich, daß dieses letztgenannte Kreiselmoment jenem
der unteren Kreiselvarrichtung entgegengerichtet ist und in einer Parallel ebene
dazu wirkt, wodurch es bei einer entsprechenden Dimensionierung der oberen Kreiselvorrichtung
das schädliche negativ wirkende Kreiselnioment der unteren Kreiselvorrichtung aus
der zweiten Drehungshälfte des inneren Kreiseirahmens derselben vollkommen kompensiert
und unschädlich macht. Diese Beschreibung bezog sich auf die Zustände in der zweiten
Drehungshälfte des inneren Kreiselrahmens. Eine Kompensation der von der unteren
Kreiselvorrichtung während der ersten Drehungshälfte ihres inneren Kreiselrahmens
erzeugten und positiv auf das Trägergerät wirkenden Kreiselmomente findet dagegen
deshalb nicht statt, weil, wie bereits aus der Beschreibung der in Vorderansicht
dargestellten Fig. 4 zu entnehmen war, während der ersten Drehungshälfte dieses
Kreisels das dort in der Bildebene im Drehsinn des Uhrzeigers entstandene Kreiselmoment
durch die Sperrvorrichtung 11, 12 unmittelbar auf das Trägergerät übertragen wird,
ohne daß dabei eine nennenswerte Drehbewegung des äußeren Kreiselrahmens mitsamt
der ganzen Kreiselvorrichtung stattfindet. Deshalb findet auch bei der unteren Kreiselvorrichtung
nach Fig. 11 während der ersten Drehungshälfte des motorisch konstant gedrehten
inneren Kreiselrahmens keine Drehbewegung des äußeren Kreiselrahmens statt, und
damit auch keine Drehung des beiden Kreiselvorrichtungen gemeinsamen Wellenzapfens
17. Damit aber kann während dieser positiven Phase der unteren Kreiselvorrichtung
keine Verschwenkung des oberen Knisels, und damit auch keine Erzeugung eines die
positiven Kreiselmomente der unteren Kreiselvorrichtung ausschaltenden stabilisierenden
Kreiselmomentes durch den oberen Kreisel stattfinden. Analog kann auch bei einer
Kreiselvorrichtung mit einem motorischen Antrieb des äußeren Kreiseirahmens ein
zusätzlicher Stabilisierungskreisel Anwendung finden.
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Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Kreiselvorrichtung beschrieben, bei welcher
die während der zweiten
Drehungshälfte des motorisch gedrehten Kreiselrahmens laufend erzeugten negativ
wirkenden Kreiselmomente um 1800 in eine solche Ebene umgelegt werden, daß sie im
gleichen Drehsinn wie die positiven Kreiselmomente wirken und diese damit unterstützen.
Es wird dabei auf die in Fig. 5 dargestellten Verhältnisse Bezug genommen. Dort
ist die Mittelstellung der zweiten Hälfte der motorischen Drehung des inneren Kreiselrahmens
gezeigt, in der die negativen Kreiselmomente ihr Maximum aufweisen. Bei dieser Kreiselvorrichtung
ersetzt man zur Erreichung des angestrebten Zieles den selbstsperrenden SChneckentrieb
durch eine einseitig wirkende Sperrvorrichtung, die auf der Grundlage der bekannten
Freilaufvorrichtungen mit einseitig klemmenden Wälzkörpern beruht. Diese Vorrichtung
ist so ZU montieren, daß ihr Außenteil etwa mit einem Stirnrad versehen ist, auf
das der motorische Antrieb des inneren Kreiselrahmens laufend einwirkt. In herkömmlicher
Art nimmt dabei dieser Außenteil der Sperrvorrichtung über die klemmenden Wälzkörper
die Welle 4 des inneren Kreiselrahmens mit, wodurch dieser die in ihm gelagerte
Kreiselschwungmasse laufend verschwenkt, woraus die Kreiseimomente resultieren,
die in gleicher Weise wie etwa bei Fig. 4 durch ein zwischen der Welle des Außenrahmens
und dem Trägergerät angeordnet es Sperrgetriebe auf das Trägergerät übertragen werden.
Die in der zweiten Drehungshälfte des inneren Kreiselrahmens entstehenden negativ
wirkenden Kreiselmomente rufen die schon bei Fig. 5 beschriebene Tendenz zur Drehung
der gesamten Kreiselvorrichtung in der Bildebene entgegen dem Drehsinn des Uhrzeigers
hervor. Daraus entsteht das neue sekundäre Kreiseimoment, das in Fig. 5 senkrecht
zur Bildebene horizontal wirkt. Weil nun anstatt des früher verwendeten selbstsperrenden
Schneckentriebes eine Freilaufvorrichtung angeordnet ist, ist dieses zuletzt genannte
von der Kreiselschwungmasse ausgehende sekundäre Kreiselmoment
in
der Lage, den Kreiselrahmen und dessen Welle 4 in seinem Sinn zu drehen, da in diesem
Drehsinn die Freilaufsperre keinen Widerstand leistet, obwohl gleichzeitig der Außenteil
dieser Freilaufvorrichtung dauerm motorisch im entgegengesetzten Drehsinn weiter
gedreht wird. Das zuletzt genannte sekundäre Kreiselmoment erzeugt auf Grund dieser
konstruktiv offen gehaltenen Bewegungsmöglichkeiten ein in der Bildebene wirkendes
Kreiselmoment, das dem negativen Kreiselmoment entgegenwirkt und somit im gleichen
Drehsinn wirkt wie das technisch ausnützbare positive Kreiselmoment, das bei Fig.
5 näher beschrieben worden ist und das aus der ersten Hälfte der konstanten motorischen
Drehung des inneren Kreiselrahmens stammt. Es besteht auch kein Hindernis, bei einer
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes mit einem motorischen Antrieb des äußeren
anstelle des inneren Kreiselrahmens, statt des selbstsperrenden Schneckentriebes
eine Freilaufvorrichtung mit einseitig klemmenden Wälzkörpern in analoger Art zu
verwenden.
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Eine konstruktive Vereinfachung der erfindungsgemäßen Kreiselvorrichtung
besteht darin, daß zwar die in die mechanische Zuführung des motorischen Drehmomentes
zu dem motorisch jeweils ständig konstant gedrehten Kreiselrahmen eingebaute Sperrvorrichtung,
vorzugsweise also der selbstsperrenden Schneckentrieb, beibehalten wird, daß aber
auf die zwischen den Wellenzapfen des äußeren Kreiselrahmens und dem Trägergerät,
bzw. auf die zwischen den Wellenzapfen des inneren Kreiseirahmens und dem äußeren
Kreiselrahmen sonst vorgesehene Sperrvorrichtung verzichtet wird. Diese Maßnahme
hat den Vorteil einer komponentenmäßig günstigeren Gesamtwirkung. Sie ist praktisch
dort anwendbar, wo es technisch nicht störend ist, daß hier der innere Kreiselrahmen
bzw.
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vor allem der äußere Kreiselrahmen - und mit ihm die ganze Kreiselvorrichtung
- ständig herumgedreht wird.
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Eine weitere vereinfachte erfindungsgemäße KreiBelvorrichtung, bei
der allerdings die Größe des erzielbaren Kreiselmomentes weniger präzise definierbar
ist, besteht darin,
daß bei dieser Kreiselvorrichtung jene Sperrvorrichtung
in Fortfall kommt, die nach der bisherigen Beschreibung in die mechanische Zuführung
des motorischen Drehmomentes an den jeweils motorisch angetriebenen Kreiselrahmen,
etwa in Form eines selbstsperrenden Schneckentriebes, eingebaut ist. Diese vereinfachte
Ausführungsart kann in jenen Fällen Anwendung finden, in denen das sekundär auftretende
Kreiselmoment den ihm entgegenwirkenden motorischen Rahmenantrieb nicht zur Gänze
kompensiert.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß zur Ausschaltung negativ
wirkender Kreiselmomente und somit zur Erzeugung eines ständig in einer gleichbleibenden
Ebene und Richtung wirkenden resultierenden Kreiselmomentes, also zur Schaffung
eines technisch beliebig nutzbaren rückdrehungsfreien Drehmomentes, erfindungsgemäß
neuartige gezielte Maßnahmen an den technisch neuralgischen Konstruktionsstellen
der Kreiselvorrichtung getroffen werden, die zwar eine sehr konsequente Beachtung
der für die Kreiselvorgänge geltenden mechanischen Gesetzmöglichkeiten erfordern,
die aber im Grunde genommen konstruktiv sehr einfach und betriebssicher sind und
den Bau von Kreiselvorrichtungen ermöglichen, die in keiner Hinsicht bezüglich ihrer
Leistungsfähigkeit eingeengt sind.
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Die Zuführung des motorischen Drehmomentes für Kreiselschwungmasse
und Kreiselrahmen kann in bekannter Weise, entweder aur einem rein mechanischen
oder auf elektrischem Wege, beispielsweise durch entsprechende elektromotorische
Einzelantriebe, erfolgen. Zur Steuerung des Kreiselmomentes können sowohl die jeweilige
Größe als auch die jeweilige Wirkungsebene und die jeweilige Wirkungsrichtung desselben
geändert werden. Die Steuerung der Größe des Kreiselmomentes kann etwa dadurch vorgenommen
werden, daß die Drehzahl der Kreiselschwungmasse oder jene des motorisch gedrehten
Kreiselrahmens wahlweise verändert werden kann. Zur Steuerung der Wirkungsebene
und Wirkungsrichtung wird beispielsweise die ganze erfindungsgemäße Kreiselvorrichtung
im Trägergerät
drehbar gelagert. Die bezügliche Drehachse ist im
Trägergerät so angeordnet, daß sie in einem geringen Abstand von der motorisch gedrehten
Rahmenwelle parallel zu dieser verläuft. Das bewirkt, daß eine Drehung der Kreiselvorrichtung
um diese Achse, beispielsweise um den Betrag von 900, eine Veränderung der Wirkungsebene
des resultierenden Kreiselmomentes um ebenfalls 90° zur Folge hat, daß also diese
Kreiselvorrichtung in ihrer bisherigen Wirkungsebene kein Kreiselmoment mehr abzugeben
vermag, wohl aber ein solches in der neuen Ebene liefert. Wird jedoch die ganze
Kreiselvorrichtung um 1800 um die in Rede stehende Achse umgelegt, dann fällt das
resultierende Kreiselmoment zwar wieder in seine ursprüngliche Wirkungsebene, jedoch
sein Drehsinn hat sich dabei umgekehrt. Auf diese Weise können verschiedene Veränderungen
der Wirkungsebene und Wirkungsrichtung von Kreiselmomenten vorgenommen werden. Diese
Art der Steuerung von Wirkungsebene und Wirkungsrichtung besitzt den Vorzug, daß
dabei die -Drehgeschwindigkeiten der bewegten Teile der Kreiselvorrichtung voll
erhalten bleiben können.
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Xhnliche Steuerungseffekte können auch dann erreicht werden, wenn
die Umlegungsachse im Trägergerät senkrecht zur bisher beschriebenen Achse entsprechend
situiert ist. Derartige Umlegungen der ganzen Kreiselvorrichtung haben zwar zusätzlich
auftretende Kreiselmomente zur Folge, diese sind aber in ihrer Auswirkung auf das
Trägergerät normaler Weise bedeutungslos, weil diese Steuerbewegungen unvergleichlich
langsamer vor sich gehen als die schnellen Drehbewegungen der Kreiselbestandteile
und deshalb auch ungleich kleinere zusätzliche Kreiselmomente erzeugen als die motorisch
gedrehte Kreiselvorrichtung an Kreiselmonienten liefert. Falls diese Steuerbewegungen
aber dennoch störende Kreiselmomente auslösen sollten, besteht der Auiweg, diese
in ihrer Wirkung auf das Trägergerät dadurch unschädlich zu machen, daß erstens
zwei gleich starke Kreiselvorrichtungen auf demselben Trägergerät so montiert werden,
daß ihre resultierenden Kreiselmomente sich addieren. Zweitens sind dann diese
Kreiseivorrichtungen
gleich-zeitig im entgegengesetzten Drehsinn umzulegen, falls es sich bei ihnen um
Kreiselvorrichtungen handelt, bei denen die Drehrichtungen von Kreiselschwungmasse
und motorisch gedrehtem Kreiselrahmen bei beiden Vorrichtungen geich sind; falls
es sich aber um Kreiselvorrichtungen mit untereinander entgegengesetzten Drehrichtungen
von Schwungmasse und Kreiselrahmen handelt, erfolgt ihre Umlegung im gleichen Drehsinn,
um damit den angestrebten Effekt einer Ausschaltung der durch Steuerbewegungen zusätzlich
auftretenden Kreiselmomente zu erreichen.
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Wie schon erwähnt, kann das motorische Drehmoment einerseits zur
Drehung der Kreiselschwungmasse und anderseits zur Drehung des einen Kreiselrahmens
diesen beiden Bauelementen aur verschiedene Art zugeführt werden. Falls zur Erzeugung
dieser Drehbewegungen nicht motorische Einzelantriebe, etwa kleine Elektromotoren,
in Betracht gezogen sind, empfiehlt es sich mit Rücksicht auf gewisse kleine Schwankungen
des Außenrahmens - die durch das Spiel der Sperrvorrichtungen sowie durch Stabilisierungserfordernisse
bedingt sind - die Anschlüsse vom außen befindlichen Motor zur Kreiselschwungmasse
und zum Kreiselrahmen etwas beweglich zu gestalten, beispielsweise durch die Zwischenschaltung
eines Kardangelenkes od. dgl.
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Naturgemäß können anstatt des früher genannten selbsthemmenden Schneckengetriebes
auch entsprechende andere Schraubenrädergetriebe, beispielsweise eine Globoidschraube
mit Mutterrad, Anwendung finden.